Лекция 6. Архитектура информационных систем

Лекция № 6

Архитектура информационных систем

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Архитектура многопользовательских СУБД

Архитектура информационной системы - концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Компоненты информационной системы по выполняемым функциям можно разделить на три слоя: слой представления, слой бизнес-логики и слой доступа к данным.

• Слой представления - все, что связано с взаимодействием с пользователем: нажатие кнопок, движение мыши, отрисовка изображения, вывод результатов поиска и т.д.
• Бизнес логика - правила, алгоритмы реакции приложения на действия пользователя или на внутренние события, правила обработки данных.
• Слой доступа к данным - хранение, выборка, модификация и удаление данных, связанных с решаемой приложением прикладной задачей

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Типовые функциональные компоненты информационной системы

Обозначение

Наименование

PS

Характеристика

Presentation Services

(средства представления)

PL

Presentation Logic

(логика представления)

Обслуживает пользовательский ввод и отображает то, что сообщает ему компонент логики представления ( PL ), с использованием соответствующей программной поддержки

BL

Управляет взаимодействием между пользователем и ЭВМ. Обрабатывает действия пользователя при выборе команды в меню, щелчке на кнопке или выборе пункта в списке

Business Logic

(прикладная логика)

DL

Data Logic

(логика управления данными)

DS

Набор правил для принятия решений, вычислений и операций, которые должно выполнить приложение

Операции с базой данных (реализуемые SQL -операторами), которые нужно выполнить для реализации прикладной логики управления данными

Data Services

(операции с базой данных)

FS

File Services (файловые операции)

Действия СУБД, реализующие логику управления данными, такие как, манипулирование данными, определение данных, фиксация или откат транзакций и т.п. СУБД обычно компилирует SQL -приложения

Дисковые операции чтения и записи данных для СУБД и других компонентов. Обычно являются функциями операционной системы (ОС)

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Классификация ИС по способу организации

Традиционные архитектуры информационных систем

Распределенные ИС

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

"Толстый" клиент и "тонкий" сервер

в файл-серверной архитектуре

Классическое представление ИС

в архитектуре "файл-сервер"

Объекты разработки: PL, BL, управление DL

Разработанное приложение реализуется либо в виде законченного загрузочного модуля, либо в виде специального кода для интерпретации.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Общее представление ИС

в архитектуре "клиент-сервер"

"Тонкий" клиент и "толстый" сервер

в клиент-серверной архитектуре

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

• Особенностью архитектуры клиент-сервер является наличие выделенных серверов баз данных , понимающих запросы на языке структурированных запросов ( Structured Query Language , SQL ) и выполняющих поиск, сортировку и агрегирование информа­ции.
• Отличительная черта серверов БД — наличие справочника данных, на котором записаны структура БД, ограничения целостности данных, форматы и даже серверные процедуры обработки данных по вызову или по событиям в программе
• Объектами разработки для таких приложений, помимо диалога (DL) и логики обработки (PL, BL) являются, прежде всего, реляционная модель данных и связанный с ней набор SQL -операторов для типовых запросов к базе данных

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Ключевым отличием архитектуры клиент-сервер от архитектуры файл-сервер является

абстрагирование от внутреннего представления данных (физической схемы данных).

Теперь клиентские программы манипулируют данными на уровне логической схемы.

клиент

сервер

Диалог

Управление данными

PL, PS

DS, FS

Логика обработки

BL, DL

Хранимая процедура — процедура с SQL -операторами для доступа к БД, вызываемая по имени с передачей требуемых

параметров и выполняемая па сервере БД

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

• Клиентская программа работает с данными через запросы к серверному ПО.
• Базовые функции приложения разделены между клиентом и сервером.

Основные особенности:

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Плюсы:

• Полная поддержка многопользовательской работы
• Гарантия целостности данных

Минусы:

• Бизнес логика приложений осталась в клиентском ПО. При любом изменении алгоритмов, надо обновлять пользовательское ПО на каждом клиенте.
• Высокие требования к пропускной способности коммуникационных каналов с сервером, что препятствует использование клиентских станций иначе как в локальной сети.
• Слабая защита данных от взлома, в особенности от недобросовестных пользователей системы.
• Высокая сложность администрирования и настройки рабочих мест пользователей системы.
• Необходимость использовать мощные ПК на клиентских местах.
• Высокая сложность разработки системы из-за необходимости выполнять бизнес-логику и обеспечивать пользовательский интерфейс в одной программе.

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Многоуровневая архитектура стала развитием архитектуры клиент-сервер и в своей классической форме состоит из трех уровней:

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

технологии: ADO.NET, ASP.NET и web-сервером IIS

MySQL-сервер

любой web-браузер.

Компоненты трехзвенной архитектуры, с точки зрения программного обеспечения реализуют определенные сервера БД, web-сервера и браузеры. Место любого из этих компонентов может занять программное обеспечение любого производителя.

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

1 — браузер клиента отправляет HTTP-запрос;

2 — на стороне сервера служба Web Internet Information Server (web-сервер IIS) определяет тип запрашиваемого ресурса, и для случая запроса *.aspx (расширение файлов страниц ASP.NET) загружает соответствующее ему (запросу) расширение Internet Server Aplication Programming Interface (ISAPI). Для страниц aspx это расширение isapi_aspnet.dll. IIS также осуществляет идентификацию и авторизацию пользователя от которого поступил запрос. В свою очередь расширение isapi_aspnet.dll загружает фабрику обработчиков ASP.NET. Далее, фабрика обработчиков создает объектную модель запрашиваемой страницы и обрабатывает действия пользователя.

3 — в ходе генерации ответа приложению ASP.NET может потребоваться обращение к

БД, в этом случае используя библиотеки классов провайдера данных ADO.NET 2.0,

выполняющая среда обращается к серверу БД;

4 — провайдер данных ADO.NET 2.0 передает запрос на операцию с БД серверу

MySQL;

5 — сервер MySQL осуществляет обработку запроса, выполняя соответствующие

операции с БД ;

6 — провайдер данных ADO.NET 2.0 передает результаты запроса объекту страницы;

7 — объект страницы с учетом полученных данных осуществляет рендеринг графического интерфейса страницы и направляет результаты в выходной поток;

8 — сервер IIS отправляет содержимое сгенерированной страницы клиентскому браузеру.

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Плюсы:

1. Тонкий клиент.

2. Между клиентской программой и сервером приложения передается лишь минимально необходимый поток данных - аргументы вызываемых функций и возвращаемые от них значения. Это теоретический предел эффективности использования линий связи, даже работа с ANSI-терминалами (не говоря уже об использование протокола http) требует большей нагрузки на сеть.

3. Сервер приложения ИС может быть запущен в одном или нескольких экземплярах на одном или нескольких компьютерах, что позволяет использовать вычислительные мощности организации столь эффективно и безопасно как этого пожелает администратор ИС.

4. Дешевый трафик между сервером приложений и СУБД. Трафик между сервером приложений и СУБД может быть большим, однако это всегда трафик локальной сети, а их пропускная способность достаточно велика и дешева. В крайнем случае, всегда можно запустить СП и СУБД на одной машине, что автоматически сведет сетевой трафик к нулю.

5. Снижение нагрузки на сервер данных по сравнению с 2.5-слойной схемой, а значит и повышение скорости работы системы в целом.

6. Дешевле наращивать функциональность и обновлять ПО.

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Минусы:

1. Выше расходы на администрирование и обслуживание серверной части.

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Архитектура Web -СУБД Intranet-приложения

Простая организация Intranet-системы с использованием средств WWW

при применении Web-технологии существует 2 подхода в ее реализации

на стороне Web-сервера:

• CGI (Common Gateway Interface) – внешняя программа выполняется в

отдельном адресном пространстве

• API (Application Programming Interface) – внешние процедуры компонуются

совместно со стандартной частью Web-сервера

10

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Вызов внешней процедуры Web-сервера

Доступ к базе данных

в Intranet-системе

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Распределенная система — это набор независимых вычислительных машин, представляющийся их пользователям единой объединенной системой.

Характеристики распределенных систем:

• От пользователей скрыты различия между компьютерами и способы связи между ними. То же самое относится и к внешней организации распределенных систем.

• Пользователи и приложения единообразно работают в распределенных системах, независимо от того, где и когда происходит их взаимодействие.
• Распределенные системы должны также относительно легко поддаваться расширению, или масштабированию.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Распределенная система организована в виде службы промежуточного уровня.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

• Ссылки

• Задержки выполнения запросов

• Активация/деактивация

• Постоянное хранение

• Параллельное исполнение

• Отказы

• Безопасность

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Ссылки на объекты в программных модулях на ОО языках программирования (например, С++) являются указателями в памяти.

1. Ссылки на объекты в распределенных системах в противоположность являются более комплексными:

1.1.Содержат информацию о размещении

1.2.Информацию о безопасности

1.3.Ссылки на объектные типы

2. Ссылки на распределенные объекты значительно больше (40 байт для Orbix)

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Локальные вызовы требуют порядка пары сотен наносекунд

Запрос к объекту требует от 0.1 до 10 миллисекунд

Интерфейсы в распределенной системе должны быть спроектированы так, чтобы снизить время выполнения запросов:

1. Снизить частоту обращения;

2. Укрупнить выполняемые функции.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Объекты в ОО языках находятся в виртуальной памяти от создания до уничтожения

В распределенных системах

1. Больше объектов

2. Объекты могут не использоваться на протяжении долгого времени

Реализации распределенных объектов

1. Переносятся в память при активации

2. Удаляются из памяти при деактивации

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Объекты могут иметь или не иметь состояние.

Объекты имеющие состояние должны сохранять его на постоянный носитель между:

1. Деактивацией объекта

2. Активацией объекта

Может быть достигнуто:

1. Записью в файловую систему

2. Отражением на реляционные БД

3. С помощью объектных БД

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

В нераспределенных системах исполнение в основном последовательное, иногда конкурентное в разных нитях процессов.

Распределенные компоненты выполняются параллельно, что приводит к необходимости согласования выполнения.

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Запросы в распределенных системах имеют большую вероятность отказов

Клиенты обязаны проверять факт выполнения запросов сервером

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.

Безопасность в ОО приложениях может выполняться на основе контроля сеансов.

При работе распределенных систем возникают вопросы безопасности:

1. Кто запрашивает выполнение операции?

2. Как мы можем удостовериться, что субъект является именно тем за кого он себя

выдает?

3. Как мы примем решение предоставлять или нет субъекту право на выполнение

сервиса?

4. Как мы можем неопровержимо доказать, что сервис был предоставлен?

кандидат педагогических наук, преподаватель высшей категории Никитин М.Е.